基于加固實(shí)驗(yàn)教學(xué)的預(yù)加軸力加載裝置研制

胡 強(qiáng)， 李 暾， 黃柳云， 賈松林

(廣西科技大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，廣西柳州 545006)

現(xiàn)役鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑物由于諸多原因，如設(shè)計(jì)或者施工不當(dāng)出現(xiàn)質(zhì)量問題、使用環(huán)境及維護(hù)不足造成損壞、自然災(zāi)害或其他因素導(dǎo)致?lián)p壞、建筑使用功能發(fā)生改變等導(dǎo)致其承載力不足，尤其是鋼筋混凝土柱等承重構(gòu)件，需要加固以保證其承載能力，使結(jié)構(gòu)能滿足可靠性要求，繼續(xù)使用。但現(xiàn)行的鋼筋混凝土柱的加固研究及教學(xué)實(shí)驗(yàn)大多只考慮柱承載力的提高，而對(duì)柱實(shí)際承受的軸力往往不予考慮，即柱的加固研究尚未考慮軸力的影響，這與原加固柱的實(shí)際受力情況并不一致。加固試驗(yàn)為了更好地模擬柱軸力的影響，本文提出采用施加預(yù)應(yīng)力的方式模擬原柱軸力，并設(shè)計(jì)出一套可施加軸力的加載裝置。

1 預(yù)加軸力加載裝置的構(gòu)造

預(yù)加軸力加載裝置的構(gòu)造如圖1所示，該裝置由上下端部鋼筋混凝土塊(端塊、底座)、試件、預(yù)應(yīng)力裝置、吊環(huán)組成。端塊和底座連接加固試件，使加載時(shí)避免試件端部應(yīng)力集中而導(dǎo)致試件破壞，同時(shí)也作為預(yù)應(yīng)力施加的臺(tái)座。端塊與底座上設(shè)置PVC塑料管作為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的管道，上下表面設(shè)置墊塊與預(yù)應(yīng)力錨具(由于錨固處構(gòu)造復(fù)雜，錨具未在圖中示出)。底座表面左右各設(shè)置一個(gè)吊環(huán)用于試件吊裝，端塊左右側(cè)面各設(shè)置一個(gè)吊環(huán)用于吊裝時(shí)固定吊索以確保吊裝時(shí)試件的穩(wěn)定性。

圖1 試件及加載裝置構(gòu)造

2 試件制作與加載流程控制

考慮原加固柱軸力影響的加固試驗(yàn)過程相對(duì)較為復(fù)雜，在試件制作和加固過程中，需預(yù)先施加軸力，并一直保持該軸力到最后加載完成。由于加固施工需要一定的時(shí)間，尤其采用增大截面法時(shí)，加固混凝土也需要養(yǎng)護(hù)，故而不能直接在加載裝置上施加軸力，只能采用其他方法。采用預(yù)應(yīng)力施加軸力需要的空間小、軸力施加簡單且可長時(shí)間保持軸力值大小，對(duì)試件的吊裝、運(yùn)輸?shù)挠绊懖淮螅虼耍疚牟捎妙A(yù)應(yīng)力的方法施加軸力。考慮軸力的鋼筋混凝土柱的加固試驗(yàn)可分為3步：

(1)首先是原加固柱的制作，制作時(shí)除綁定試件和臺(tái)座的鋼筋籠、支模板外，還需固定PVC管以預(yù)留預(yù)應(yīng)力鋼絞線管道、固定錨具和墊片、設(shè)置吊環(huán)等。

(2)然后澆筑混凝土并養(yǎng)護(hù)，同時(shí)準(zhǔn)備用于加固的相關(guān)材料和制作相關(guān)配件，待28 d后施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力的大小若有實(shí)際工程背景可按實(shí)際情況確定，若無工程背景可按GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]的相關(guān)規(guī)定確定其軸壓比，進(jìn)而計(jì)算出加固柱的預(yù)加軸力值。

(3)對(duì)試件進(jìn)行加固。根據(jù)不同的加固方法進(jìn)行加固操作，加固完成之后，再進(jìn)行加載。若采用增大截面法，加固混凝土也需養(yǎng)護(hù)28 d，然后進(jìn)行加載。

在試件設(shè)計(jì)時(shí)，需嚴(yán)格計(jì)算以保證端塊和底座混凝土在預(yù)應(yīng)力作用下的抗剪、抗彎及局部受壓承載力；同時(shí)也需考慮加載時(shí)在端塊頂部產(chǎn)生的應(yīng)力集中、臺(tái)座與試件連接部位的應(yīng)力集中等。這些部位需按GB 50010-2010《混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》與GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行承載力計(jì)算并采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，以防止試件因應(yīng)力集中引起的局部破壞而導(dǎo)致試驗(yàn)的失敗。預(yù)應(yīng)力的制作、施加及相關(guān)預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算應(yīng)按相關(guān)規(guī)范計(jì)算[3-4]，預(yù)加軸力的取值應(yīng)考慮預(yù)應(yīng)力損失的影響。

3 結(jié)論

(1)提出一種可施加軸力的加載裝置，通過該裝置可更大程度的接近加固鋼筋混凝土柱的真實(shí)受力狀態(tài)。

(2)該裝置通過預(yù)應(yīng)力施加軸力，并能使軸力長時(shí)間保持，該方法對(duì)試件的加工、運(yùn)輸及吊裝影響不大。

(3)加載裝置需按相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)以保證各部件承載力，以避免因局部破壞導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. GB 50011-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. GB 50010-2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. JGJ/T279-2012 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(征求意見稿)[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[4] 中華人民共和國交通部. JTG D62-2004 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：人民交通出版社，2004.